CN102947055B - 具有主轴锁的电动工具 - Google Patents

Abstract

主轴锁（10）包括止动装置，其包括作用在凸出物（30）的弹簧（25），每个凸出物与一对凹槽（40，41）中的一个啮合，以便控制和缓冲主轴（13）的旋转，并延迟锁定元件（26a，26b）的啮合。高度模块化的紧凑、可靠的机构通过在内转子（31）中提供凹槽而在围绕内转子延伸的外转子（18）中提供凸出物来实现。

Description

具有主轴锁的电动工具

技术领域

本发明涉及电动工具，且更具体地涉及具有防止主轴旋转的锁的电动工具。

背景技术

典型的旋转电动工具包括外壳、由外壳支撑的电机、以及由外壳可旋转地支撑并由电机选择性驱动的主轴。诸如卡盘的工具支架安装在主轴的前端，且诸如钻头的工具元件安装在卡盘中。

为了有助于操作者在工具支架上移除和/或支撑工具元件，电动工具可包括主轴锁，以用于在操作者向工具支架施加力以移除工具元件时防止主轴相对于外壳旋转。主轴锁可为手动操作的主轴锁，其中，操作者使锁定元件啮合抵抗主轴以防止主轴旋转，或为自动主轴锁，其在操作者向工具转矩施加力时工作。

具有几种不同类型的自动主轴锁。一种类型的自动主轴锁包括多个楔形辊子，其在操作者向工具支架施加力时被推动与相应的楔形表面楔形啮合。另一种类型的自动主轴锁包括内啮合带齿元件，诸如固定的内部带齿的齿轮和可移动的带齿构件，其支撑在主轴上以用于与主轴一起旋转并用于相对于主轴移动到被锁定的位置，其中，齿啮合以防止主轴的旋转。

为了容纳这样的自动主轴锁，一些可旋转的活动件或移动件可设置在主轴与和电机啮合的驱动件之间。主轴锁在主轴与电机的啮合驱动件之间的该旋转“自由角”内运转（被啮合和解除）。

上述自动主轴锁具有的一个独立问题在于，当电机从主轴被旋转驱动的工作状态切换到不工作状态时，仍旧旋转的主轴（以及工具支架和/或被支撑的工具元件）的惯性引起自动主轴锁啮合，以便使主轴相对于电机的在主轴与电机之间的自由旋转角内的旋转停止。主轴锁的啮合可为突然的，其引起主轴锁的组件中的冲击，导致噪声（大的“当啷声”）以及对组件的潜在损害。

作用在主轴上的惯性越大（即，具有较大的工具元件，诸如孔锯），该问题越显著。随着高惯性的工具元件，主轴可从（主轴锁啮合的）冲击中回弹，（通过自由旋转角）以相反的方向旋转并冲击与电机啮合的驱动件，以及（以向前的方向）回弹以与主轴锁重新啮合。这种对主轴锁以及位于主轴锁与电机的啮合驱动件之间的重复的冲击在惯性冲击和大的“当啷声”之后引起“颤振”现象。

现有的电动工具具有的另一个独立问题在于，当电机从工作状态切换到不工作状态时，制动力可被施加给电机而主轴（在主轴（以及工具支架和/或被支撑的工具元件）的惯性力下）继续通过自由角旋转。（与继续旋转的主轴耦连的）电机的制动使得自动主轴锁啮合，导致噪声（大的“当啷声”和/或“颤振”）以及对组件的潜在的损害。

施加到电机的制动力可由电机的动态制动导致，诸如通过动态制动电路的运转或者由无绳（电池供电的）电动工具的运转（停止）导致。换句话说，当电机被停止时，旋转主轴的力（主轴（以及工具支架和/或被支撑的工具元件）的惯性）和停止电机（即，电机滑行或者被制动）的力之间的差值使得自动主轴锁啮合。这些相反的作用力之间的差值越大，主轴锁啮合时的冲击（大的“当啷声”和/或“颤振”）越大。

美国专利7 063 201描述了具有处理这些问题的主轴锁的电动工具。主轴锁包括弹簧和止动装置以便控制和缓冲主轴的旋转以及以便在前向和逆向运转两者中都延迟锁定元件的啮合。多个弹簧构件可合作来施加延迟主轴锁工作的力。然而，已发现与该主轴锁一起发生的其中一个缺陷在于，延迟的量是可变的。此外，当生产型号齐全的电动工具时，尽可能采用常见的部件是有利的，然而，利用该旧的工具很难无需改变互相啮合的零部件而通过单独更换弹簧构件来容易地改变延迟。本发明的目的为克服或基本改善上述缺点，或者更通常地，目的为提供改进的主轴锁。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种电动工具，其包括：

外壳，

由外壳支撑的并包含电机轴的电机；

由外壳支撑以便绕轴转动的主轴，主轴由电机以第一及第二相反的方向绕轴选择性转动；

第一锁定构件；

第二锁定构件，其可在被锁定的位置与解锁位置之间移动，其中，在被锁定的位置，第二锁定构件啮合第一锁定构件以便防止主轴的旋转；

用于在电机轴与主轴之间传递转矩的传动装置，传动装置包括内转子和基本围绕内转子安装的外转子，内转子和外转子同轴安装并安装成用于相对彼此有限旋转；

至少一对凹槽，其包括设置在内转子和外转子其中之一上的第一及第二凹槽，

至少一个弹簧和至少一个凸出物，其设置在内转子和外转子中的另一个上，每个凸出物由弹簧偏压到第一凹槽及第二凹槽中的被选定的一个，在向主轴施加力以引起主轴相对于电机轴旋转时，弹簧能够使第二锁定构件的从解锁位置向锁定位置的移动延迟；

由此，当主轴以第一方向相对于电机轴旋转时，每个凸出物可在第一位置与第二位置之间移动，第一位置相应于第二锁定构件的解锁位置且在第一位置中每个凸出物被定位在第一凹槽中，在第二位置中每个凸出物被定位在第二凹槽中，每个凸出物从第一凹槽的移动使第二锁定构件从解锁位置到锁定位置的移动延迟；以及

由此，当主轴以第二方向相对于电机轴旋转时，每个凸出物可在第二位置与第一位置之间移动，第二位置相应于第二锁定构件的解锁位置且在第二位置中每个凸出物被定位在第二凹槽中，在第一位置中每个凸出物被定位在第一凹槽中，每个凸出物从第二凹槽的移动使第二锁定构件从解锁位置到锁定位置的移动延迟。

优选地，第一锁定构件包括楔形辊子、刹车片等等，且第二锁定构件包括倾斜表面、楔形物、杠杆等等，其与第一锁定构件啮合，将它压入到与旋转的圆周接触以便防止主轴的旋转。

优选地，传动装置包括由电机轴驱动的减速齿轮传动装置，和驱动内转子及外转子其中之一的传动装置的一个或多个输出构件。优选地，外转子被固定成与一个或多个输出构件一起旋转。优选地，齿轮传动装置包括至少一个行星齿轮组，而输出构件包括支撑行星齿轮的轴，该轴被固定成与外转子一起旋转。

优选地，第一及第二凹槽在内转子的外表面上周向间隔开，且凸出物从外转子的内表面延伸。这提供了紧凑的设计，这是因为在外转子中可获得更多的空间以用于安装弹簧。

优选地，凸出物基本上被在径向方向上偏压。优选地，径向伸长的孔被设置在外转子中以用于接收每个弹簧。优选地，弹簧为螺旋形的。可选择地，弹簧可具有盘旋的形状。

优选地，内转子中的第一及第二凹槽由凸角分隔，该凸角具有关于平分凸角的径向平面反射对称的形式。

本发明提供用于电动工具的主轴锁，其在工作使用中是有效且高效的。已发现，内转子与外转子之间的转矩可被更可靠地维持，以及在工具的整个寿命中，在由安装在该机构中的弹簧所提供的延迟中存在相应地较小的变化。通过提供大体位于外转子之内的内转子，该优点可被维持而不会危害工具的紧凑性。而且，可实现高度的模块化，其允许利用多个常见的部件但是利用不同的弹簧来提供一套电动工具，以用于根据工具的最大转矩在它们的“自由”旋转角期间改变在内转子与外转子之间所施加的转矩。

附图说明

现在参考附图，通过示例描述本发明的优选形式，其中：

图1为以纵向平面穿过根据本发明的电动工具的驱动轴的示意剖视图；

图2为图1的内转子和外转子组件的分解示图；

图3为图1的工具的驱动转子的端视图；

图4为图1的工具的内转子的端视图；

图5为沿着图1的平面AA和BB的组合碎片剖视图，以及

图6为根据第一可替换实施例的内转子和外转子组件的示图。

具体实施方式

参考附图，图1示意性地阐释了具有体现本发明的主轴锁系统10的电动工具。如图1中所示的，电动工具包括支撑电机12的外壳11。主轴13由外壳11可旋转地支撑并由电机12可反转地驱动。工具支架或卡盘（未示出）可被支撑在主轴13的前端以用于与主轴13一起旋转。电动工具可为钻孔机（如所示出的）或其它类型的电动工具，诸如，螺丝钻、研磨机或槽刨机。

电机12包括：输出轴12a，其限定电机轴14并被连接到行星减速传动装置15，该行星减速传动装置包括如通过花键连接于输出轴12a的中心齿轮16；行星齿轮17，其由固定于驱动转子或外转子18的轴50支撑并可在行星齿轮16与固定于外壳11的内部带齿的齿圈19之间啮合。外转子18由此提供与电机轴12a一起旋转的“行星架”，而轴50为向外转子18传递转矩的输出构件。

主轴锁系统10被支撑在减速传动装置15的输出端，并包括：驱动转矩结构10’，其用于将转矩从外转子18传送到主轴13，和锁定结构10”，其用于锁定主轴13并选择性地防止主轴13相对于外壳11以及相对于外转子18的旋转。

主轴13与外转子18之间的驱动转矩结构10’包括形成在主轴13的端部（如在主轴轴线的相对侧上的两个平行的平面20）上的阳连接器19和形成在外转子18上的阴连接器22。连接器22具有侧壁，其形成为提供自由角度23（在所阐释的构造中为大约20度），主轴13和外转子18可以该自由角度相对于彼此旋转以便在主轴13与外转子18之间提供某些可旋转的运转。当连接器31和32啮合时，存在自由旋转空间，在该自由旋转空间中，外转子18将不向主轴13传送旋转力，但是外转子18和主轴13可相对于彼此旋转自由角度23。在所阐释的构造中，连接器22的形状在电机12和主轴13的两个旋转方向上提供该自由运转。

锁定结构10”通常包括固定于外转子18的释放构件24、一个或多个弹簧25（在所阐释的实施例中采用了五个）、与每个弹簧25相关联的凸出物或球30、一个或多个锁定构件或楔形辊子26、锁定环27、橡胶环28、固定环29、止动转子或内转子31、以及主轴13。除了楔形辊子26和主轴13，锁定结构10”的其它组件通常以围绕主轴轴线延伸的环的形状。要理解，附图仅仅示意性地阐释了锁定结构10”的主要组件，为了清楚的目的，其它较不重要的部件被省略了。

锁定环27和内转子31都包括与主轴13上的连接器19互补的阴连接器32，以使得锁定环27和内转子31都与主轴13可旋转地紧固在一起。在外部圆周上，锁定环27包括分度突起34，在所阐释的构造中其以大约90度互相等距间隔。在每个突起34的每个周向侧上，限定倾斜的锁定楔形表面35a和35b以提供锁定表面，以使得主轴锁系统10将在前向和后向旋转方向上锁定主轴13。楔形表面35a和35b朝向突起34倾斜。

在所阐释的构造中，锁定构件为以圆柱的形状形成的楔形辊子26。为锁定环27的每个锁定楔形表面35a和35b提供楔形辊子26。提供四对楔形辊子26，为每个突起34提供一对。每一对中的一个楔形辊子26在主轴13的前向旋转方向上提供锁定构件，而该对中的另一个楔形辊子26在主轴13的后向旋转方向上提供锁定构件。

橡胶环28被支撑在固定环29的槽中，且楔形辊子与橡胶环28的啮合由于楔形辊子26与橡胶环28之间的摩擦而引起楔形辊子26的旋转。固定环29限定接收锁定环27的内部圆周36。固定环29的内部圆周36和锁定环27（和/或主轴13）的外部圆周在径向上彼此面对并间隔给定的径向距离，以使得一对楔形辊子26被设置在锁定环27的一对倾斜锁定楔形表面35a和35b与内部圆周26之间。

倾斜的锁定楔形表面35a和35b和固定环29的内部圆周36配合以便将楔形辊子26塞入锁定位置中的适当位置，该锁定位置相应于主轴锁系统10的锁定状态，在该位置，防止主轴13相对于外壳11以及相对于电机12和外转子18旋转。设置在锁定环29的内部圆周36与锁定环27的外部圆周之间的空间允许楔形辊子移动到相应于主轴锁系统10的解锁状态的释放或解锁位置，在该位置中，主轴13先对于外壳11自由旋转。

释放构件24包括释放突起39，其可与楔形辊子26选择性地啮合以将楔形辊子26从锁定位置释放或解锁。在所阐释的构造中，释放突起39等距相隔大约90度以便与四对楔形辊子26的相对位置相应。每个释放突起34被设计成通过与周向端部部件啮合以便在释放构件24（以及外转子18）的旋转方向上推动楔形辊子26来释放或解锁相关的楔形辊子26。每个释放突起34的周长被限定成使得释放或解锁功能在主轴13与释放构件24及外转子18之间的自由旋转角度23内完成。优选地，释放或解锁功能在自由旋转角度23的末端附近完成。

止动转子或内转子31通常被设置在驱动转子或外转子18内，它与其合作以提供用于在相应于主轴锁系统10的解锁状态的止动位置与相应于主轴锁系统10的锁定状态之间控制弹簧25的弹力的止动装置或控制结构。在所阐释的构造中，控制凹槽40和41被限定在内转子31的外周面上。五对凹槽40，41围绕内转子31周向等间隔设置。每一对凹槽40，41由径向向外延伸的凸耳42分隔，该凸耳具有关于平分凸耳42的径向平面43反射对称的形式。

外转子18包括径向伸长的五个等角度间隔的狭槽44。穿过外转子18的延伸穿透的轴向孔具有阶梯的形式，其具有提供阴耦连件22的外部部分和具有比耦连件22大的横向尺寸的内表面45的相邻内部部分60，并适于接收内转子31。

弹簧25被接收在每个孔44中并与球30啮合，以使得至少一部分球30从内表面45延伸出。弹簧25提供弹力以便将凸出物或球30偏压成与凹槽40及41中的被选定的一个啮合。狭槽44沿着轴向面开口，且狭槽44和孔60的内部部分由保持环48封闭，该保持环如通过紧固件（未示出）固定于外转子18。

由在球30与凹槽40，41之间的啮合所提供的转矩是如此的，其在电机12被重新启动时允许凸出物从一个凹槽（即，凹槽41）移动到另一个凹槽（即，凹槽40）。弹簧25施加到球30的弹力被设置成允许球30从一个凹槽（即，凹槽40）移动到其它的凹槽（即，凹槽41）以便在电机12被停止时控制和缓冲主轴13的旋转力以及以便延迟锁定结构10”的啮合。

在运转中，当外转子18通过电机12的运转以箭头X（图5中）的方向旋转时，相应的楔形辊子26a被释放突起34的端部推入到锁定环27的倾斜表面35a的释放或解锁位置。其它的楔形辊子26b被保持与固定环29的内圆周36接触，且通过它的摩擦接触，楔形辊子26b被推入到倾斜表面35b的释放位置。该释放或解锁功能在主轴13与外转子18及电机12之间的自由旋转角度23内完成。

在锁定结构10”被释放或解锁之后，外转子18的连接件32和主轴13的连接件31移动形成驱动啮合，以使得外转子18（和电机12）的驱动力被传递给主轴13，而主轴13与外转子18一起旋转。此时，每个球30被定位在内转子31的一个凹槽（即，凹槽40，“运行”位置的凹槽）中，而释放构件24和锁定环27的位置在位于自由角度23的一个末端处的释放或解锁位置上由弹簧25的弹力控制。

在电机12的驱动运转期间，释放突起34提供将楔形辊子26推动到释放或解锁位置所必需的力，而不在楔形辊子26a上提过较大的冲击力。当电机12被停止时（从运转状态切换到不运转状态），外转子18的旋转被停止。主轴13的旋转由将球30操持在选定的凹槽（即，凹槽40）的弹簧25的弹力控制和缓冲。在停止期间，如果主轴13（以及所附连的卡盘和工具头）的惯性小于弹簧25的弹力，主轴13的旋转利用保持在选定的凹槽（即，运转位置的凹槽40）中的球30来停止。在这样的情形中，即使在主轴13与外转子18及电机12之间几乎没有或没有相对旋转时，弹簧25的弹力也缓冲和控制主轴13的惯性。

当主轴13（以及所附连的卡盘和工具头）的惯性大于弹簧25的弹力时，该惯性克服弹簧25的弹力以及球30与相邻于所选定的凹槽40的倾斜斜面之间的摩擦，以使得球30从凹槽40移动到另一个槽41（“锁定”位置凹槽）。球30从凹槽40向凹槽41的移动抵抗主轴13的旋转惯性并控制和缓冲主轴13的旋转惯性，以使得主轴13的旋转在锁定结构10”啮合之前被消散。

因此，主轴13（以及所附连的卡盘和工具头）的旋转惯性通过各个凹槽40中的球30的啮合以及在各个弹簧25所施加的弹性弹簧力下到凹槽41的移动控制和缓冲。弹簧25控制主轴13的旋转力并延迟楔形辊子26和锁定楔形表面27的啮合，以使得在主轴锁系统10的组件中没有冲击，且在主轴13的旋转以停止时没有噪声（没有大的“当啷声”）产生。而且，由于主轴13的旋转力被控制，整个自由旋转角度23中不存在主轴锁定和回弹的冲击，以使得“颤振”现象也被避免了。主轴锁系统10的旋转控制装置包括由凹槽40及41和球30提供的止动装置和由弹簧25提供的弹性弹簧力。

当操作者操作卡盘时，可倾向于使主轴相对于外转子18旋转，但是由于锁定结构10”的功能防止了主轴13的旋转。楔形辊子26将塞入固定环29的内圆周36与锁定环27的各个倾斜锁定楔形表面35a及35b之间，以使得主轴13在每个旋转方向上的旋转被阻止了。由于防止了主轴13旋转，卡盘可容易地被操作成移除和/或支撑钻头。

当电机12被重新启动时，释放突起34的端部（以选定的旋转方向）将一个楔形辊子26移动到释放位置。其他的楔形辊子26b啮合固定环29的内圆周36并被推入释放位置。一旦楔形辊子26被释放，主轴13自由旋转。在主轴13与外转子18及电机12之间的自由角度23的末端处，主轴13在电机12的力下开始旋转。

当主轴13被驱动而楔形辊子26围绕它们各自的轴旋转并围绕主轴13转动时，楔形辊子26被保持与橡胶环28相接触，该接触阻力使得楔形辊子26旋转的同时转动。楔形辊子26的该旋转以及在各个楔形辊子26的尾部部分上与支撑环23的支撑突起38的啮合，将各个楔形辊子26的轴保持在辊子轴基本与主轴13的轴线平行的方向上。

图6阐释了与图1－5的内转子和外转子31，18的结构和运转相同的内转子和外转子131，118的第一可替换实施例，但其中，凹槽40，41被设置在外转子118上（而不是内转子上），而弹簧25和球30被设置在内转子131上（而不是外转子上）。凹槽40，41和相关的凸耳42关于接收内转子131的凹槽60的内表面45周向间隔。内转子131包括五个径向突出物70，在其每一个中设有槽，弹簧25和球30被设置于其中。

已仅仅通过示例的方式描述了本发明的观点，且应理解，可对其进行修改和添加而不脱离其的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动工具，该电动工具包括：

外壳（11），

由外壳支撑的并包含电机轴（12a）的电机（12）；

由外壳支撑以便绕轴（14）转动的主轴（13），主轴由电机以第一及第二相反的方向绕轴选择性转动；

第一锁定构件（26a，26b）；

第二锁定构件（27），该第二锁定构件（27）能够在锁定位置与解锁位置之间移动，其中，在锁定位置，第二锁定构件啮合第一锁定构件以便防止主轴的旋转；

用于在电机轴（12a）与主轴（13）之间传递转矩的传动装置（15），传动装置包括内转子（31）和基本围绕内转子安装的外转子（18），内转子和外转子同轴安装并安装成用于相对彼此有限旋转；

至少一对凹槽（40，41），该至少一对凹槽（40，41）包括设置在内转子和外转子其中之一上的第一及第二凹槽，

至少一个弹簧（25）和至少一个凸出物（30），该至少一个弹簧（25）和至少一个凸出物（30）设置在内转子和外转子中的另一个上，每个凸出物由弹簧偏压到第一凹槽（40）及第二凹槽（41）中的被选定的一个，在向主轴施加力以引起主轴相对于电机轴旋转时，弹簧被操作成使第二锁定构件（27）的从解锁位置向锁定位置的移动延迟；

由此，当主轴以第一方向（X）相对于电机轴（12a）旋转时，每个凸出物（30）能够在第一位置与第二位置之间移动，第一位置相应于第二锁定构件的解锁位置且在第一位置中每个凸出物（30）被定位在第一凹槽（40）中，在第二位置中每个凸出物（30）被定位在第二凹槽（41）中，每个凸出物从第一凹槽的移动使第二锁定构件从解锁位置到锁定位置的移动延迟；以及

由此，当主轴以第二方向相对于电机轴旋转时，每个凸出物能够在第二位置与第一位置之间移动，第二位置相应于第二锁定构件的解锁位置且在第二位置中每个凸出物被定位在第二凹槽中，在第一位置中每个凸出物被定位在第一凹槽中，每个凸出物从第二凹槽的移动使第二锁定构件从解锁位置到锁定位置的移动延迟。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，第一锁定构件包括楔形辊子（25a，26b），且第二锁定构件包括倾斜表面（35a，35b），所述第二锁定构件与第一锁定构件（26a，26b）啮合，以将第一锁定构件压入到与旋转的圆周（36）接触以便防止主轴（13）的旋转。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其中，传动装置进一步包括由电机轴（12a）驱动的齿轮传动装置（15），具有驱动内转子及外转子其中之一的齿轮传动装置的一个或多个输出构件（50）。

4.根据权利要求3所述的电动工具，其中，外转子（18）被固定成与一个或多个输出构件（50）一起旋转。

5.根据权利要求4所述的电动工具，其中，齿轮传动装置包括至少一个行星齿轮组（15），而输出构件包括支撑行星齿轮（17）的轴（50），该轴被固定成与外转子（18）一起旋转。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其中，第一及第二凹槽（40，41）在内转子（31）的外表面上周向间隔开，且凸出物（30）从外转子（18）的内表面（45）延伸。

7.根据权利要求1所述的电动工具，其中，凸出物（30）基本上被在径向方向上偏压。

8.根据权利要求7所述的电动工具，其中，径向伸长的孔（44）被设置在外转子（18）中以用于接收每个弹簧（25）。

9.根据权利要求1所述的电动工具，其中，内转子中的第一及第二凹槽（40，41）由凸角（42）分隔，该凸角具有关于平分凸角的径向平面（43）反射对称的形式。